med ett högmodifierat SBS-bitumen framställt med ett mjukt bitumen
och ett reducerat hålrum i beläggningen.
Brukstest
Vid värdering av livslängden för så stenrika beläggningsmassor som dränasfalt är det mycket naturligt att fokusera på bruksdelen i massan. För att försöka förklara fenomenet som bindemedelsförhårdning (åldring) och påverkan från vatten kan stenskelettet i dränasfalten uppfattas om en ”trög matris”, som bär det bruk som håller materialet tillsammans.
Asfaltbruket kan i detta sammanhang beskrivas som blandningen av bindemedel och filler, som kommer från olika källor. Filler är här definierat som mineraliska korn som är mindre än 250 my. En av fillertyperna utgörs av stenmjölsfiller eller egenfiller som följer med det stenmaterial som används som stenmaterial i stenskelettet i dränmassan. Köpfiller eller tillsatta filler har som regel två ursprung. Ett kalkfiller tillsätts för att ge bruket speciella förstyvande egenskaper medan ett vidhäftningsaktivt filler tillsätts för att förbättra vidhäft- ningen mellan bruket och stenskelettet.
Bindemedlet och de tre fillertyperna är parametrar i denna undersökning som fokuserar på brukets förhårdningsegenskaper för vid simulerad långtidstestning. Effekten av vattenpåverkan styrs av förhållandet kring bruket men involverar också stenskelettet så denna effekt kan lättare ses i försök med hela dränmassan, exempelvis vid Cantabro test.
Utgångspunkt för variationerna av bruket är ett referensbruk som användes i tidigare nämnda försök i Köpenhamn. Den volymetriska andelen av allt filler i massan skall vara konstant. Det fastställdes också några räkneregler för fillertypernas inbördes viktmässiga skillnader och som visas i nedanstående tabell. Orsaken till att omräkningen är den stora densitetsskillnaden mellan hydratkalk och Portland cement.
Steg 1 Den största partikelstorleken i bruket är nominellt 0,250 mm
Steg 2 Fillersammansättningen i referensbruket skall alltid ha ett inbördes
förhållande mellan fillertyperna enligt följande: Egenfiller: kalkfiller: vidhäftningsfiller = 2: 1: 1
Steg 3 Den volymetriska fillerkoncentrationen skall vara 30 % i alla brukstyper
Steg 4 Vid skiftning från hydratkalk till Portland cement i bruket ska den relativa
mängden av vidhäftningsfiller ökas med en faktor 1,4 vilket ger följande fördelningar mellan fillertyperna:
Egenfiller: kalkfiller: hydratkalk = 2: 1:1
Egenfiller: kalkfiller: Portland cement = 2: 1: 1,4
Följande bindemedel ingick i undersökningen:
Bindemedel Kännetecken Kort beskrivning
1 SBS 6 % 50/100-75 elastomerer (referens)
2 EVA 8 % 100/150-43 plastomer
3 SBS 8 % 100/150-75 elastomerer
4 EVA 6 % 70/100-48 plastomer
5 Omodifierat 70/100 vanligt bitumen
6 EVA 8 % 50/70-53 plastomer
Översikt över ingående mineraliska parametrar:
Parameter Materialtyp Beteckning
Stenmjöl = 1 Himberg
Stenmjöl = 2
Stenmaterial
Hyperit
Kalkfiller = 1 Faxe kalk
Kalkfiller = 2
Köpfiller
Aggersund kalk
Aktivt filler = 1 Hydrakalk
Aktivt filler = 2
Vidhäftningfiller
Portland cement
Flera olika metoder användes för utvärdering av brukets egenskaper. I vissa fall gjordes en liten förändring av vissa metoder så att det blev möjligt att använda dem till bruket istället för på rent bitumen. En grundläggande princip vid undersökningarna har varit en jämförelse mellan egenskaperna före och efter åldring, där det senare skall motsvara flera års användning på vägen.
Härdningen består av en kombination av två metoder: DS/EN 12607-2 Thin Film Oven Test (163◦C, 5 tim)
AASHTO PP1-93 Pressure Ageing Vessel (2,1 MPa, 100◦C, 20 tim) Det ohärdade och härdade bruket undersöktes med följande metoder: VI 31.5-1989 Mjukpunkt Wilhelmi
AI-metod Viskositet vid 135◦C (rotationsviskosimeter)
Resultat
Metodernas användbarhet på bruk av bitumen och filler kontrollerades genom att undersöka repeterbarheten. Denna kontroll visade att metoderna fungerade tillfredsställande. Dock visade det sig att mät/beräkningsprincipen för viskositet vid 45◦C inte fungerade optimalt på de högpolymermodifierade bindemedlen som ingått i denna undersökning.
En analys av alla data från bruksundersökningen visar inte på ett generellt samband vilket beror på att bindemedlen har vitt skilda egenskaper med hänsyn till reologiskt/härdningsmässigt beteende. Det betyder att varje enskild asfalt- producent, efter val av bindemedel, måste optimera recepten för den aktuella dränasfalten mot det valda bindemedlet.
Den bästa indikatorn för brukets egenskaper ser ut att vara mjukpunkt Wilhelmi följt av viskositet vid 135◦C samt den information som härdnings- försöken kan ge.
Generellt visar försöken att stenmjölfillern, som väntat, är den minst betydande parametern bland de undersökta komponenterna vid optimering av brukets egenskaper.
Som vidhäftningsaktivt filler är det generella intrycket att hydratkalk skall föredras istället för Portland cement då det förstnämnda alternativet verkar att bevara brukets ursprungliga egenskaper över tiden.
Det finns ingen universell konklusion från bruksundersökningen då binde- medlen i undersökningen är mycket olika till natur och egenskaper vilket betyder att recepten bör optimeras med det aktuella bindemedlet.
Miljöeffekter
Trafikbuller genereras från fordonens motorer, däck/vägbana samt luftströmningar runt fordonen. Vid låga körhastigheter dominerar motorbullret medan däck/vägbanebullret dominerar vid högre körhastigheter.
Principen för bullerreduktionen i tvålagers dränasfaltbeläggningar är att minska bullerproduktionen vid källan. Den akustiska absorptionen i en dränasfalt bestäms av fyra faktorer:
• Tillgängligt hålrum i beläggningen • Strömningsmotstånd i beläggningen
• Hålrummets struktur (form och förbindelse) • Lagertjockleken.
Beläggningars bullerdämpande egenskaper kan mätas på följande sätt:
• Metoder för mätning av vägbeläggningens betydelse för generering av trafik- buller (SPB, CPX)
• Metoder för mätning av vägbeläggningens betydelse för generering av trafik- buller på vägen
• Karakterisering av beläggningsytans textur
• I detta projekt har mätningar av bullerabsorption genomförts på fyra dränasfalt- beläggningar (övre lager) med samma undre lager:
– Serie 1: Referensbeläggning, motsvarande Östersögade Köpenhamn
– Serie 2: Referensbeläggning med högmodifierat slitlager (övre lager), 6,2 % bitumen
– Serie 3: Referensbeläggning med högmodifierat slitlager, 6,5 % bitumen – Serie 4: Optimerat slitlager med den bästa hållbarheten (lägre hålrum). Bullerabsorption i laboratorietillverkade provkroppar med tvålagers dränasfalt.
Serie 1 Serie 2 Serie 3 Serie 4
45 % 45 % 45 % 35 %
Bullerabsorption, max
Frekvensområde, Hz 315–400 315–400 315–400 315–400
1k 6a 6a 6c Övre lager (slitlager)
Hålrum 26 % 27 % 27 % 24 % Nedre lager 11 11 11 11 Hålrum 24 % 23 % 24 % 26 % Str 1 Str 3 Östersögade Bullerabsorption, max 72 % 54 %
Hålrummet i de laboratorietillverkade provkropparna är väsentligt högre än i de provkroppar som användes för asfaltprovningen i detta projekt. Det förelåg ingen skillnad i bullerabsorption för referensbeläggningen (serie 1) och slitlagren med högmodifierat bitumen (serie 2 och 3) medan bullerabsorptionen för serie 4, med ett lägre hålrum, är lite mindre och frekvensområdet lite lägre. Det finns emellertid inget känt samband mellan bullerabsorption och beläggningens bullerreducerande effekt.
Underhåll av dränasfaltbeläggningar
Underhåll av dränasfaltbeläggningar är något helt annat än av täta beläggningar. För att bevara bullerreduktionen är det viktigt att porerna förblir öppna. Dränbeläggningar på stadsgator skall tvättas med regelbundna tidsintervall. På motorvägar är det främst de otrafikerade vägrenarna som behöver tvättas eftersom en igensatt dränbeläggning på vägrenen hindrar avvattning från körbanorna. Alternativt kan dränasfaltbeläggningen på vägrenen förseglas. Rester av döda djur som körts ned i beläggningens porer bör avlägsnas så snart som möjligt eftersom förruttnelsen kan medföra stensläpp.
Livslängden hos slitlagret (övre lagret) i en tvålagers dränasfalt är 7–10 år. När slitlagret inte uppfyller de funktionella eller strukturella kraven så kan det bytas ut genom att fräsa bort det gamla slitlagret och därefter lägga på ett nytt. Fräsningen görs 5 mm ned i det undre lagret för att få bort eventuell smuts. Därefter högtrycksspolas det undre lagret tre gånger med ca 180 bars tryck så att all smuts och löst stenmaterial tvättas bort. Det undre lagrets kvalitet och eventuella förstärkningsbehov är avgörande för om det undre lagret kan behållas eller om även det måste ersättas. Normalt uppgår det undre lagrets livslängd till ca 14 år.
Små reparationer på en tvålagers dränasfalt är lika problematiskt som lagning av enlagers dränasfalt. Lagning av stensläpp eller andra mekaniska skador försämrar lokalt dräneringskapaciteten. Vid ingrepp i vägen för ledningsarbete
kan sedan utföras med en 4–8 mm dränasfalt till full tjocklek (undre+övre lager). Problemet är att kunna välta lagningen utan att skada kringliggande beläggning.
Dränasfalt kan återvinnas, men det skall då vara vid tillverkning av andra beläggningstyper vid genbruk på asfaltverk. Det finns information om erfarenheten av återvinning i Nederländerna.
Vinterunderhåll av dränasfalt ställer särskild hänsyn som kan sammanfattas i följande punkter:
• Dränasfalt blir kall snabbare, har flera växlingar runt 0◦C och är generellt
kallare än täta beläggningar. Beläggningen kräver därför en viss särbehandling i planeringen av vinterunderhållet, tidigare saltning.
• Saltet tränger ned i beläggningens hålrum där det inte är effektivt. Beläggningen kräver mellan 25–50 % större saltmängd. Om beläggningen inte är tillräcklig stannar saltet i ytporerna utan att lösas upp.
• Det kan uppstå problem med snörök. Trafiken pressar ned snön i ytporerna vilket leder till en mer frekvent snörök och det krävs 30–100 % fler snöröjningsfordon.
• Vatten/snö fångas i ytporerna och medför att vägen är våt under en längre period.
• Det är mycket svårt att bekämpa underkylt regn som fryser i samma ögonblick regnet träffar beläggningen.
Sammanfattningsvis, de särskilda förhållanden som gäller för drift av dränasfalt- beläggningar i följande punkter:
● Bullerreduktion och avvattning
Konsekvent regelbundna tvättningar av beläggningen
Konsekvent tvättning av dräneringskanaler och skärning av gräs och jord utanför beläggningskanten
Val av tvättningsmetod
Regelbundna mätningar bullernivån ● Friktion
Särskilt hänsyn vid vinterunderhåll
Mätning av torrfriktion efter 3–6 månader efter det att trafiken har slitit bort bitumenfilmen
Regelbunden mätning av friktionen ● Fysisk hållbarhet
Regelbunden mätning/visuell värdering av ytdefekter Tvättningen måste utföras på ett korrekt sätt
Omedelbar borttagning av föroreningar (olja, döda djur m.m.)
Omedelbar reparation även av mindre skador, speciellt vid hög trafikbelastning.
Fortsatt arbete
För att resultaten som kommit fram i denna rapport skall kunna utnyttjas är det nödvändigt att utföra provsträckor som utgår ifrån resultaten i denna rapport. Innan en provsträcka utförs måste följande förhållanden:
• Det krävs kompletterande undersökningar av utmattning och vidhäftning i bruket med det rekommenderade högmodifierade bitumenet
• Det måste undersökas om det finns en risk för efterkomprimering och minskad bullerreduktion för dränasfalten
• Förhållanden i samband med vinterunderhållet och risken för trafikanterna vid halka skall ges en hög prioritet vid framtida överväganden om användningen av dränasfalt i Danmark.
Utifrån projektet i Köpenhamn på Öster Sögade har det inte varit möjligt att dra några säkra konklusioner om trafikanternas beteende och vinterunderhållet eftersom försökssträckorna är för korta. Det finns därför behov av längre försökssträckor där metoder för att säkerställa en trafiksäkerhetsmässigt försvarlig drift av dränasfaltbeläggningarna kan utvecklas och testas under vinterför- hållanden. Det finns också ett behov av att undersöka den bullerreducerande effekten av dränasfalt speciellt på motorväg på kort och lång sikt. Det finns också behov av att mäta bullernivån på andra beläggningar som används på motorväg (SMA) och några andra nya beläggningstyper.